EO_484

EDA/SW/T&M 55 - ELETTRONICA OGGI 484 - MARZO 2020 SPACE INSTRUMENTS sura della CMB. I miglioramenti nella criogenia hanno consentito l’utilizzo del raffreddamento attivo, raggiun- gendo temperature fino a 0,1 K. I sensori sono stati in grado di misurare l’anisotropia della CMB con risoluzione della temperatura nell’ordine di un milionesimo di grado. In pratica, il rumore di primo piano impedisce di ottenere una risoluzione della temperatura più fine. La migliore ri- soluzione angolare di Planck di 10 minuti d’arco (10 x 1/60° di grado) è doppia rispetto a quella di WMAP e 50 volte migliore rispetto a quella di COBE (Fig. 2). Strumentazione in evoluzione Tra gli strumenti all’avanguardia di Planck c’era HFI (High Frequency Instrument, strumento ad alta fre- quenza), una matrice di bolometri a ragno costrui- ta con termistori NTD-Ge (Neutron Transmutation Doped Germanium). Raffreddato criogenicamente a circa 0,1 K mediante elio liquido, HFI ha effettuato misure ad alta sensibilità e multifrequenza a lunghez- ze d’onda da 3,6 a 0,3 mm (da 84 GHz a 1 THz), per produrre una mappa dettagliata dell’intero cielo che descrive l’isotropia della CMB. Il bolometro a tela di ragno, così chiamato perché contiene sensori di assorbimento di energia sospesi su una maglia fine avente una struttura simile a una tela di ragno, misura l’intensità della radiazione elet- tromagnetica convertendo la sua energia in una va- riazione di temperatura rilevata nell’assorbitore. La struttura di sospensione a tela di ragno minimizza gli effetti del rumore interno dello strumento. I termisto- ri NTD-Ge agiscono come sensori di temperatura di precisione e un convogliatore a tromba concentra la radiazione sull’area attiva. La missione del satellite Planck ha finito di acqui- sire dati nel 2013 quando il materiale criogenico si è esaurito, anche se l’analisi dei dati raccolti con- tinua. Sebbene Planck abbia raggiunto la massima risoluzione di temperatura possibile, nota come li- mite astrofisico, i progetti più recenti cercano di ri- cavare maggiori informazioni dalla CMB studiando caratteristiche come la polarizzazione. Ciò consen- tirà agli scienziati di testare le teorie dell’inflazione che descrivono la rapida espansione dell’universo solo frazioni di secondo dopo il Big Bang. A tal fine, verranno utilizzate nuove tecnologie di rilevazione in grado di superare alcune delle limitazioni dei bo- lometri NTD-Ge. Sebbene i termistori NTD-Ge possano essere realiz- zati per essere altamente sensibili alla temperatura ed estremamente piccoli, la costruzione di grandi array di questi componenti discreti può essere labo- riosa, suscettibile di errori e difetti e dipendente da hardware di montaggio ingombrante. Inoltre, i sensori NTD-Ge non sono adatti alla multi- plazione e richiedono invece un gran numero di fili di collegamento che possono produrre un carico termi- co eccessivo sul sistema. I bolometri Transition Edge Sensing (TES), che con- tengono un rivelatore di metalli a film sottile su- perconduttore, possono superare alcuni di questi svantaggi. La bassa resistenza consente l’uso di am- plificatori SQUID a elevata larghezza di banda che sono intrinsecamente adatti alla multiplazione, eli- minando i problemi di carico termico dei rilevatori NTD-Ge. Inoltre, i rilevatori possono essere fabbricati utilizzando processi litografici che semplificano lo scaling e permettono di ottenere array di 1.000 pixel. Inoltre, i bolometri TES hanno una bassa sensibilità al pickup vibrazionale, che li rende adatti a missioni finalizzate a studiare la polarizzazione, come quelle che utilizzano il telescopio CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) situato nel deserto cileno di Atacama. Un altro tipo di bolometro, il rilevatore in silicio a implantazione ionica, viene realizzato a par- tire dal silicio utilizzando tecniche di fabbricazione MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Viene impiantato un resistore per rilevare le variazioni di temperatura. Questi rilevatori planari possono esse- re azionati senza convogliatori a tromba (feedhorn) e consentono un uso estremamente efficiente dell’area disponibile nel piano focale dello strumento. Fig. 2 – Il satellite Planck ha mappato la temperatura della CMB con una precisione senza precedenti (e non superabile) (Fonte: ESA - http://sci.esa.int/ planck/61397-the-cmb-temperature-on-large-angular-scales/)